为啥 Java `BitSet` 没有 `shiftLeft` 和 `shiftRight` 函数？

Posted 2023-02-18

【中文标题】为啥 Java `BitSet` 没有 `shiftLeft` 和 `shiftRight` 函数？

【英文标题】：Why does Java `BitSet` not have `shiftLeft` and `shiftRight` functions?为什么 Java `BitSet` 没有 `shiftLeft` 和 `shiftRight` 函数？

【发布时间】：2012-02-24 11:08:46

【问题描述】：

这些缺失有什么特别的原因吗？

它们确实存在于BigInteger，但由于BigInteger 的不可变设计模式，它们通常非常缓慢。 BitSet 更好，因为它是可变的，但我真的很想念 shift 函数（<< 和 >>> 用于 longs）。对于BitSet，原地移位以及循环旋转也很有用。

我看到了Shifting a Java BitSet的回复（用get(off, len)换档，不过需要复制）。

不要误会我的意思。我知道在哪里报告错误。我只是想知道是否有特定的 reason 省略它们，例如一些设计模式或这样的概念。特别是因为它们包含在BigInteger 中。

【问题讨论】：

因为它是一个“集合”，而不是一个“字符串”。

@bmargulies：long 也不是字符串。然而，它有轮班操作员。而String 实际上没有。而get(i,j) 语义本质上与substring 一致，也不适用于long...

术语“集合”的意思是“一个无序的集合”。 BitSet 的任务是知道打开了 2 的哪些幂，而不是打乱它们。

@bmargulies - 尽管它的名字，BitSet 实际上被设计为一个向量（由非负整数索引的值的集合），而不是一个集合。

@Anony-Mousse：很难说“为什么”，但我能看到的一个原因如下：人们转移比特并做优化的事情，比如“打包东西”通过打包和移位位的整数/长整数通常与速度和性能有关。但是speed和optimization基本上与“创建Java对象”相反：并不是说创建Java对象特别慢……而是操纵long/int 和移位位基本上尽可能接近金属......（当然这只是一个理论）

【参考方案1】：

我的猜测是这会使他们的一些代码变得更加复杂。例如，如果您将所有内容都“左移 3”，则可以有一个额外的字段 shift，即 -3（或者可能是 3，我只有 50% 的机会将其正确：-）。而且，对于 get() 和 set() 方法，如果您只是通过移位调整 bitIndex，代码应该可以工作。例如

public boolean get(int bitIndex) 
    bitIndex += shift;  // new code!!!
    if (bitIndex < 0)
        throw new IndexOutOfBoundsException("bitIndex < 0: " + bitIndex);

    checkInvariants();

    int wordIndex = wordIndex(bitIndex);
    return (wordIndex < wordsInUse)
        && ((words[wordIndex] & (1L << bitIndex)) != 0);
    

但是，对于其他一些操作，例如 intersects() 和 or()，代码会开始变得非常混乱。现在 or() 方法的核心非常简单快速：

 // Perform logical OR on words in common
   for (int i = 0; i < wordsInCommon; i++)
      words[i] |= set.words[i];

   // Copy any remaining words
   if (wordsInCommon < set.wordsInUse)
     System.arraycopy(set.words, wordsInCommon,
                  words, wordsInCommon,
              wordsInUse - wordsInCommon);

如果两个 BitSet 都有可能的转变，这将很快变得混乱。他们可能认为，如果你真的想转移，你应该使用 get 和 copy。

让我吃惊的一件事——在 get() 中，他们不做 1L << bitIndex&31。显然

【讨论】：

是的，我考虑过这样做。但我真的需要or 和xor 才能工作。 Java 确实有代码可以在BigInteger 中对int[] 进行转换，并且他们几乎可以将其复制到BitSet 以获取long[]。并没有太大的不同。

【参考方案2】：

从概念上讲，BitSet 通常/经常用于跟踪很多设置，这样集合中的每个位都有特定的含义。因此，在这种情况下，移位操作毫无意义。

您显然已经找到了 BitSet 的另一个有用用途，但它超出了 BitSet 可能设想的范围。

【讨论】：

引用the docs 的话：BitSet 被设想为 _“根据需要增长的位向量。”这比您建议的典型用途要普遍得多。其他向量类（Vector、ArrayList 等）没有“移位”操作，但它们确实有“插入”和“删除”操作，可以有效地做同样的事情。 BitSet 具有类似的功能是有意义的，但事实并非如此。

（无序的）set 点很好，只是使用起来有些不合时宜。谢谢。

我质疑 BitSet 用于设置的观点。如果我在做设置，我要么在 int/long 中使用位，就像 20 年前的“真正的程序员”:-) 一样，或者更准确地说，我将使用 Enums 和 EnumSet。我更倾向于将 BitSets 用作稀疏/紧凑的 Set<Integer>。